定制型钛合金植入物的光固化3D打印及精密铸造

为了准确、及时地制造定制型钛合金植入物,提出利用光固化3D打印方法构建精密铸造熔模和整体型壳注模的制壳方法。结果显示,通过这种方法定制的钛合金植入物能够准确地反映患者的个体特征,所铸造的定制型植入物的化学成分、力学性能和精度均满足相应国家标准和医药行业标准,满足临床植入的要求,已完成临床案例100余例。     

RMI-PIP法快速制作高致密度碳化硅复杂结构零件

基于光固化成型技术和凝胶注模方法,制造出以酚醛树脂为碳源的有机物原型件。采用反应熔渗和先驱体浸渍(RMI)–裂解法(precursor impregnation and pyrolysis,PIP)制作出高致密度碳化硅陶瓷复杂结构零件。研究了PIP工艺参数对零件致密化及抗弯强度的影响。采用扫描电子显微镜、差示扫描量热法和X射线衍射分析研究了先驱体浸渍剂组分、热解温度和保温时间对碳化硅形成过程及抗弯强度的影响。结果表明:浸渍剂组分和热解工艺对裂解产物的析晶行为有重要影响;采用纳米SiC颗粒的先驱体浸渍剂可显著提高SiC陶瓷的致密度和抗弯强度;采用RMI-PIP法成功制作出密度为3.03g/cm3、室温抗弯强度为214.4MPa的碳化硅空心涡轮叶片等样件。     

空心涡轮叶片氧化铝基陶瓷铸型的凝胶注模成型行为

在基于光固化成型技术的空心涡轮叶片一体化陶瓷铸型制造方法中,凝胶注模是关键环节,而陶瓷浆料的多相流特性对其充型性的影响一直是研究难题.论文以叶片的排气边结构作为充型模拟研究对象,采用Fluent软件模拟了浇注位置、浇注速度和陶瓷浆料粘度对充型质量的影响.结果表明:排气边结构受浇注位置、浇注速度和陶瓷浆料粘度的影响均较大.制备粘度较低的陶瓷浆料,在型壳部位进行浇注,使浇注位置远离排气边,并且以较低的浇注速度进行充型,可提高陶瓷铸型细小结构的充型质量.截取排气边结构进行了充型实验,从型壳处缓慢浇注,充型结果与模拟结论相符,浆料粘度对充型质量影响较大.     

增材制造技术的发展

增材制造技术是近30年快速发展的特种加工技术,其优势在于三维结构的快速和自由制造,被广泛应用于新产品开发、单件小批量制造。通过对增材制造技术设备和应用情况的介绍,阐述了我国增材制造技术的发展趋势和关键技术。未来增材制造技术将向着三个方向发展:一是日常消费品制造方向;二是功能零件制造方向;三是组织与结构一体化制造方向。     

个性化钛合金假体的激光金属直接成形制造工艺

将激光金属直接成形技术应用于个性化钛合金假体的制造,能根据假体的三维模型直接制造出相应的零件,具有制造过程周期短和加工出的个性化假体力学性能好的优点。通过研究激光金属直接成形的曲率效应和倾斜角度对几何精度的影响,为激光金属直接成形的工艺模型设计准则提供参考,使假体成形件具有较高的精度。制造出的个性化假体的力学性能和化学成分经过检测,均符合假体的相关国家和医药行业标准,有两例个性化钛合金假体已经成功应用于临床并取得良好的效果。     

聚醚醚酮及其复合材料激光粉末床熔融成形的研究现状与展望

聚醚醚酮(PEEK)及其复合材料因具有优异的力学性能、耐化学腐蚀性及生物相容性而受到广泛关注,然而随着对复杂结构以及个性化PEEK零件的需求日益增加,传统的注塑成形工艺显然已经难以满足高度复杂化与个性化制造的需求。激光粉末床熔融(LPBF)技术为PEEK及其复合材料的成形制造提供了一种新的方法。介绍了激光粉末床熔融工艺的基本原理与PEEK及其复合材料的激光粉末床熔融制备工艺的特点和应用,总结归纳了PEEK及其复合材料的激光粉末床熔融成形装备的发展状况与性能特点,目前的成形装备在预热温度和激光功率等参数方面已经有了很大的提升,可以保证一定的成形精度,但要形成一套成熟的高精密和大尺寸复杂成形系统仍需进一步的研究。基于已有研究,重点阐述了PEEK及其复合材料激光粉末床熔融成形工艺的研究现状,虽然通过温度场和激光参数等成形参数的优化,成形件的性能有了一定的提升,但仍然存在翘曲变形、成形力学性能较低的问题。最后对未来高性能PEEK及其复合材料激光粉末床熔融成形工艺的发展进行了展望。     

定制化骨替代物的空间定位

为了保证定制化人工骨替代物植入人体并与人骨连接后具有正确的相对位置,提出了利用人骨表面的自由曲面实现骨替代物的空间定位的原理和方法,并利用反求工程和快速原型完成个体定制的骨替代物及其定位器的设计与制造,成功地应用于临床。实践证明定制化骨替代物的植入手术能否成功,定位是一个关键技术环节。定位问题涉及到定制化骨替代物的设计、制作和手术的全过程,提出的定位原理和方法在实际应用中被证明是行之有效的,能够有效地保证手术的质量。     

石墨烯/柔性聚乳酸自传感复合材料结构3D打印与性能研究

为了深入研究石墨烯复合材料压阻特性,解决压阻复合材料定量传感问题,实现自传感结构变形监测,通过球磨混合工艺和单螺杆挤出工艺制备了石墨烯/柔性聚乳酸复合丝材,采用材料挤出成形3D打印作为石墨烯/柔性聚乳酸自传感复合材料的结构成型工艺,对导电高分子复合材料的压阻特性展开研究,探究了不同载荷条件对复合材料压阻特性的影响规律,为实现自传感结构变形监测提供了可靠的依据.最后搭建了基于LabVIEW和实时数据采集模块的自传感结构变形重构实时监测系统,通过建立平面弯曲变形传感单元的计算模型,使用阵列传感单元实现了结构变形重构实时监测功能,其中重构形状误差低于3％.     

快速成型中基于直骨架原理的轮廓偏置算法

为了降低光固化快速成型中成型件的表面粗糙度,解决现有偏置算法中效率低、轮廓自相交和互相交等问题,提出一种基于直骨架的偏置算法.该算法采用多边形单调链分解的方法来提高直骨架计算速度,适用于二维多连通区域;求取偏置多边形前,通过标记偏置分裂及退化的偏置点,用栈的数据组织形式提取偏置多边形顶点,提高了算法稳定性.实验结果表明,在快速成型中,采用该算法的多重轮廓扫描方式能有效降低成型件的表面粗糙度并提高制作效率.